硒在农作物方面的研究进展

余 琼，张 翔，司贤宗，索炎炎，李 亮，毛家伟

（河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002）

硒是人和动物必需的一种重要的微量元素，人体补硒主要来源有动物性肉制品、微生物及植物等，植物富集硒主要是通过根和叶进行吸收富集，土壤作为植物生长养分的重要来源，土壤质量关系着作物品质的优劣。硒与硫为同族元素，具有类似的化学性质，高浓度的硒会导致植物产生不常见的代谢物积累[1-3]。作物生长的自然环境非人为可以调控，如干旱、涝泽、虫灾、低温等自然恶劣环境，这些逆境中生长的作物体内会产生大量的自由基，硒作为谷胱甘肽过氧化物酶的重要活性组成成分，具有清除自由基的重要作用，可以缓解作物在逆环境生长的不利条件[4-6]。研究作物在这些极端环境中的生长状况及品质对于指导田间生产具有重大意义。人体主要吸收利用的硒为有机硒，人体摄入的硒主要通过食用农作物而补硒，土壤是硒的重要来源，作物吸收的硒对人体的安全吸收利用具有重要影响。

笔者从硒对人体的营养意义、安全摄入量和摄入方式、植物施用硒肥的方式、硒对农作物品种、农艺性状、产量及品质的影响等方面对硒在农作物方面的应用进行阐述，以期为更好更有效的开发利用硒资源提供基础资料。

1 硒对人体的营养意义、安全摄入量和摄入方式

硒是人体必需的微量元素之一，其安全摄入量范围较窄，较适宜的摄入量可以保证人体在日常生活中既不会因摄入过多出现中毒现象又不会因摄入不足导致疾病。硒具有重要的生理功能：硒是许多抗氧化酶（如谷胱甘肽过氧化物酶）的必需组分，通过含硒酶GSH-Px清除自由基，减少或延迟脂褐素的形成，抗细胞衰老和死亡，通过消除脂质过氧化物，阻断活性氧的致病作用，且硒蛋白清除羟自由基的能力明显高于相同浓度的无机硒和蛋白质，硒蛋白和过氧化氢酶对清除羟自由基具有一定的协同作用[7]；硒是精子线粒体外膜中硒蛋白的成分之一，缺硒可使精子产生减少、形态异常和活动减弱；硒在体内产生甲基硒化物，能与金属结合，拮抗金属中毒，如铅、汞、镉；血小板含有较多的硒和GSH-Px，缺硒动物血小板GSH-Px活性降低[8-9]。

中国营养学会2013版中指出：中国18岁以上成年居民膳食营养素参考摄入量中硒元素的平均摄入量为 60 μg/d，可耐受最高摄入量为 400 μg/d。有机硒主要有含硒蛋白、硒多糖等及硒蛋氨酸、硒半胱氨酸等生物小分子物质，无机硒主要包括硒酸盐、亚硒酸盐等，有机硒较无机硒更易被人体消化吸收[10-12]。我国尚许可使用富硒酵母、硒化卡拉胶和硒蛋白。主要是将无机硒化物通过一定的方法将其与有机物结合，用于获取有机硒化物。例如，富硒酵母就是以添加亚硒酸钠的糖蜜等为原料经啤酒酵母发酵后制得。通常无机硒化物的毒性高于有机硒化物，且有机硒化物具有更好的生物有效性和生理增益作用。硒强化剂主要用于缺硒地区，且多用于谷类及其制品、乳制品等。富硒酵母等有机硒尚可做成片状、粒、胶囊等应用。

2 硒肥的施用方式及影响

施硒普遍采用喷施、与土壤混匀施入、拌种等方式，关于这些硒肥的施用效果与土壤类型、作物品种、当地的气候环境等有关。

李红侠等[13]研究了不同浓度的亚硒酸钠对鲁花2号发芽率及苗期脂肪酶活力的影响，将亚硒酸钠配制成不同浓度的溶液直接加入相应的培养皿中，测培养皿中花生发芽情况及其他指标。结果表明，硒质量浓度为0.5 mg/L时，可以较好地促进种子发芽；当质量浓度达到6.0 mg/L时，明显抑制花生种子的萌发和幼苗的生长。王彦花等[14]研究了生物化学富硒与施肥富硒2种施硒方式对茶油品质的影响，结果表明，施用磷酸硒钾及其衍生物的效果优于施用含腐植酸水溶性硒钛肥及硒酶肥，且茶油的感官品质较好，但茶油中α-生育酚及角鲨烯含量明显降低，2种方式对茶油的脂肪酸组成、甾醇含量及茶多酚含量无明显影响。NAWAZ等[15]以小麦为研究对象，通过叶面喷施、浸种和滴灌这3种方式进行补硒，结果发现，施用硒酸钠可以提高小麦的产量和品质，其中，以叶面喷施效果较明显。

陈雪等[16]选取了博III优、三香628等2种水稻试验材料，通过土壤施硒和叶面喷施2种方式研究其对水稻品种的产质量及植株中硒含量的分布的影响。结果表明，2种施硒方式对水稻产量无明显影响，但可提高籽粒蛋白质的含量，叶面喷施时2个品种的水稻籽粒硒含量均高于土壤施硒。万亚男等[17]选取韭菜品种独根红进行田间试验，研究了硒酸钠和亚硒酸钠对韭菜富硒及土壤累积硒的影响，结果发现，施用相同量硒时，硒酸钠对提高韭菜可食部位硒含量的效果优于亚硒酸钠，亚硒酸钠处理的表层土壤有效态硒含量显著高于中层和深层土壤，硒酸钠对不同深度土壤中有效态硒含量的影响没有显著差异。

SUSANNE等[18]采用盆栽试验研究了土壤有机质含量和pH值对植物体内有机和无机硒的有效性的影响，结果发现，对土壤而言，硒的有效性在有机质含量较低的土壤中随着pH的增加而增加；在小麦上施用时，在相同水平上施用有机硒如酵母硒和硒蛋氨酸等与无机硒，硒的有效性没有显著差异，因此，酵母硒和硒蛋氨酸都不被用作有机硒肥。土壤有机化合物的类型可能影响植物对硒的吸收，一些研究发现，由于硒与土壤有机质有效结合，从而减少了植物的可利用性；但在有机酸存在的条件下，则相反，如草酸和柠檬酸与阴离子竞争结合位点，抑制土壤中有机化合物与硒的结合，进而提高植物硒的可利用性[19]。

3 农作物硒高效利用的基因型差异

不同的农作物对生长环境要求不同，具有各自不同的生长需求，目前研究较多的富硒作物主要有富硒茶树、富硒花生、富硒水稻、富硒小麦等。茶树是一种具有较强的富硒能力的经济作物，杨海滨等[20]采用盆栽试验方式研究了硒与福鼎大白和南江1号2个茶树品种土壤酶活性的变化规律，结果表明，春季时硒对茶树土壤蔗糖酶活性刺激作用明显，夏季时硒对茶树土壤脲酶及蔗糖酶活性抑制作用明显，硒对土壤酶活性的影响随茶树品种及酶类型的不同而异。

朱薇等[21]选取了黄河流域18个花生品种，采用盆栽的方法在花生下针期和结荚前期采用土壤灌注施硒法（硒源为亚硒酸钠）研究不同施硒量对花生籽产量和富硒能力的影响。结果显示，土壤施硒量以每千克土6 mg为宜，通过聚类分析最终筛选出了7个硒高聚集花生品种。李定国等[22]选用了鄂抗 13，DP410B，新陆早 38，TM-1，GY5 这 5 个棉花品种，5种硒源设2个水平，以不施硒为对照，在结铃盛期测定叶片中硒含量，研究5个品种对不同硒源的富集作用。结果表明，鄂抗13施亚硒酸钠棉花叶片硒含量显著高于其他外源硒，其他4个棉花品种对外源硒种类反应不敏感。

4 施硒对作物农艺性状的影响

农作物在田间的长势可直观地反映其生长发育及营养状况。贺前锋等[23]以湖南典型的污染土壤为对象，研究叶面喷施硒肥对水稻的根系、秸秆及籽粒中镉和硒含量的影响。结果发现，喷施硒肥后籽粒中镉含量与喷施清水处理相比，降低25.93%～47.06%。王玉荣等[24]采取土壤施硒溶液的方式选取了3个硒水平处理下油菜各器官硒含量、籽粒中有机小分子硒化合物及根际土壤中各形态硒含量的变化，结果发现，籽粒中硒化合物主要是硒代蛋氨酸和硒代半胱氨酸这2种形式；土壤中硒主要以铁锰化合物结合态形式存在，占土壤总硒的87.24%～97.40%；茎秆中的硒含量与根系中硒含量呈正相关，茎与角果壳中硒对籽粒硒含量贡献相当。

陈彪等[25]采用盆栽试验研究外源硒在干旱胁迫条件下对烤烟生长和生理特性的影响。结果表明，干旱条件下，植株的生长受到抑制，光合作用减弱；与正常浇水相比较，干旱处理的烟株鲜质量、株高、茎围、最大叶面积等均显著降低，干旱胁迫显著抑制烟株的生长，施硒可有效缓解干旱胁迫对烟株生长的抑制作用，高浓度硒与干旱胁迫具有协同作用，其中，干旱胁迫与4 mg/kg硒配施对缓解干旱胁迫的效果最好。

5 施硒对作物产量的影响

作物产量直接关系着种植业的收入问题，也是备受关注的一个重要方面。李辉等[26]研究了有机硒配制肥料对北海合浦县花生产量及硒含量的影响，结果表明，在花生始花期和盛花期喷施富硒微肥均可以显著提高花生仁的硒含量，与常规对照相比，增产6%。潘晓红等[27]通过土壤拌施亚硒酸钠，选取了5个硒肥施入量梯度，研究硒肥不同用量对黑花生产量及硒含量的影响。结果表明，随施硒量的增加，黑花生产量呈现先增加后减少的趋势，花生中硒含量呈现递增趋势。土壤施硒量为1.9 mg/kg时，黑花生产量最高（4 354.17 kg/hm2），花生中硒含量为0.28 mg/kg。李祥发[28]研究了5个施肥处理对红衣花生的产量及花生仁含硒量的影响，结果表明，施用有机肥（发酵豆粕）可以促进红衣花生对土壤硒的吸收，可以显著提高花生仁中硒含量（0.050 mg/kg），与纯施化肥相比，提高0.005 mg/kg，增加11.1%；化肥与有机肥配施的花生产量最高，与单施有机肥相比增产213 kg/hm2。

刘庆等[29]通过喷施亚硒酸钠溶液于小麦叶片上分析施用硒肥对冀麦13的产量变化及籽粒中硒的富集及转化特征，结果发现，施硒对小麦籽粒产量及千粒质量没有显著影响，不同的施硒量及施硒时期均可以提高小麦籽粒蛋白质含量，与不施硒相比未达到显著水平。付小丽[30]选取郑麦9203和湘农油5712为试验材料，研究硒粉、硒矿、亚硒酸钠及硒酸钠4种硒源对作物成熟期产量及硒含量的影响，结果表明，施硒可以提高小麦产量，增幅为1.31%～16.30%；当硒用量≤5 mg/kg时，油菜产量增幅为0.05%～16.91%。

6 施硒对作物品质的影响

研究发现，施用硒可以改善作物品质，影响植物的生长发育，参与调控植物的光合及呼吸作用，抵御植物体内自由基的伤害，同时还可以拮抗重金属，提高植株的抗逆性。施肥富硒可以使油茶将硒元素转化为有机硒，进而转移至茶油中，可提高茶油的抗氧化性能及促进茶油中角鲨烯和甾醇等功能性营养成分的积累。植株的根从土壤中吸收硒酸盐和有机硒化物中的硒是主动运输过程，而亚硒酸盐中的硒是被动形式[31-32]，植物更易吸收Se6+，因为在土培条件下，Se6+较易被根部吸收转运，而Se4+易被土壤表面所吸附，更易在根部积累[33-36]。在印度西北部发现土壤含硒量达0.23～4.55 mg/kg，这里生产的粮食作物及饲料对动物和人类健康造成了严重危害[37]。在大多数植物中，由于硒取代了蛋白质中半胱氨酸和蛋氨酸中的硫，导致蛋白质活性受到不利影响，引起黄化和发育迟缓的症状，比如植株叶片枯萎干燥等[38]。

SHARMA等[39]采用盆栽试验研究比较硒酸盐与亚硒酸盐对油菜的生长及生物化学成分的影响，试验土为沙壤土，结果发现，与不施硒相比，施硒显著降低油菜的总干物质质量；在油菜生长的不同时期，亚硒酸盐处理的油菜叶干物质积累量明显高于硒酸盐处理；与对照（不施硒处理）相比，在油菜生长的不同时期，油菜叶中维生素C的含量增加，可溶性蛋白含量及淀粉、总酚含量明显降低。硒在低浓度时，具有抗氧化作用和抑制脂质过氧化反应的功能，然而在高浓度时可使生菜、小麦、黑麦草的脂质过氧化反应加剧[40-41]。

朱薇等[42]采用盆栽试验研究了花育25、山花7和山花8这3个品种基施硒3 mg/kg在下针期的农艺性状变化及叶片SOD，POD，CAT的活性，结果发现，施硒处理的花生这些指标均显著高于对照组，土壤施硒有利于花生植株的生理代谢，可以促进花生植株的生长发育。刘庆等[43]探讨了不同梯度的硒矿粉对玉米产量及籽粒硒含量和其他矿物元素吸收的影响，结果表明，土壤施用硒矿粉对玉米产量和总生物量无显著影响，玉米根对硒的富集能力最强，其次为叶，再次为玉米籽粒，最后是茎秆。根系中Mn，Cu，Zn这3种元素的含量随施硒量的增加呈现先降低后增加的趋势。王鹏等[44]研究了磷和不同价态硒对小麦硒吸收转运的影响情况，结果发现，在施硒酸盐量相同时，小麦的根、茎、叶各器官中硒含量随着施磷量的增加而增加；但是在施用亚硒酸盐时，呈现出相反的规律，小麦各器官硒含量随着磷含量的增加而显著降低。施磷可以降低土壤的pH值及土壤中铁氧化物态硒和有机态硒含量，施磷可以显著提高小麦对硒酸盐的吸收和利用。

7 展望

硒资源在全国乃至世界范围内分布较不均匀，针对不同情况采取因地制宜的策略。据统计，全世界约有2/3的土地为缺硒或低硒土壤，我国有72%的土地属于缺硒或者低硒地区。随着硒在近几年的研究热度越来越高，因其在人体内的安全摄入量范围较窄，需要精确控制摄入量，使其更好的为人体健康服务[45-47]。土壤质量关系着农产品的质量包括加工环节、食用品质及营养价值等。土壤、植株及人体内硒含量三者之间有着密切联系[37，48-49]，土壤中的硒是植物硒的主要来源，不同类型的富硒农产品对硒的吸收、积累情况不一，关于不同作物不同品种富硒方式尚未有统一定论，硒与土壤中微生物系统的奇妙关系仍待于进一步研究。